Der elektrische Schwingkreis
Schwingkreis, elektrisch, Kondensator, Spule, Kapazität, Induktivität
Ein elektrischer Schwingkreis besteht im Wesentlichen aus einer Spule und einem Kondensator.
Zum Beginn des Experimentes wird der Kondensator geladen und dann von der Spannungsquelle getrennt.
Der Kondensator bildet mit der Spule einen Stromkreis. Die Ladungen des Kondensators können abfließen, dadurch beginnt in der Spule ein Strom zu fließen. Jeder Strom ist von einem Magnetfeld umgeben. Um die Spule beginnt sich ein Magnetfeld aufzubauen.
Ist der Kondensator entladen, dann fließt kein Strom mehr. Das Magnetfeld um die Spule bricht zusammen. Das veränderliche Magnetfeld induziert in der Spule eine Spannung (Selbstinduktion). Es kann ein Strom fließen, der nach der LENZschen Regel der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. Der Strom lädt den Kondensator in entgegengesetzter Richtung wieder auf.
Dieser Vorgang wiederholt sich theoretisch unendlich oft. Das würde aber nur gelten, wenn keine Verluste auftreten. Da die Spule und die Kabel einen endlichen Widerstand haben, ist der Vorgang nicht verlustfrei. Es kommt zu einer gedämpften Schwingung. Weiter Verluste treten beim Magnetisieren der Spule auf.
zur Energie im elektrischen Schwingkreis
- Der Kondensator ist voll geladen. U(t)=Umax Es fließt kein Strom, I(t)=0, damit ist auch die Energie des magnetischen Feldes Null Emag=0 Die elektrische Energie ist maximal, Eel=½·C·Umax2
- Der Kondensator entlädt sich, es beginnt ein Strom zu fließen. U(t)<Umax, Imax>I(t)>0; Eel wird kleiner, Emag wird größer, Eel+Emag=Eges
- Der Kondensator ist vollständig entladen, U(t)=0, I(t)=Imax; Eel=0, Emag=Eges=½·L·Imax2
- Da kein Strom mehr fließt, bricht das Magnetfeld zusammen. Durch Selbstinduktion wird eine Spannung induziert, die einen Strom nach sich zieht. Der Kondensator wird in umgekehrte Richtung aufgeladen.
- Der Kondensator ist in umgekehrte Richtung aufgeladen worden. U(t)=-Umax
Der Vorgang wiederholt sich analog entsprechend der Stromrichtung.
